MAGGnet: Treibhausgas-Emissionen aus der Landwirtschaft

Hintergrund (abgeschlossenes Forschungsprojekt)

Der Beitrag der Landwirtschaft zu den gesamten Treibhausgasemissionen der Schweiz beträgt 12 - 13 %. Ausschlaggebend sind hier die Lachgas- und Methanemissionen. Eine wichtige Rolle spielt darüber hinaus der Kohlenstoff. Der Kohlenstoffgehalt des Bodens kann durch veränderte Landnutzung und Bewirtschaftung deutlich zu- oder abnehmen. Unter Ackernutzung ist in den meisten Fällen von niedrigeren Gehalten auszugehen. Die Kenntnisse über die Grössenordnung der Veränderung der Bodenkohlenstoffgehalte in der Landwirtschaft sowie die zu Grunde liegenden Mechanismen sind allerdings lückenhaft. Häufig sind die CO2-Emissionen auch standortspezifisch, so dass Messergebnisse nicht direkt auf andere Standorte übertragbar sind. Die Bodenbearbeitung, die Wahl der Fruchtfolge oder die Art und Menge der Düngung können die Emissionen reduzieren, beziehungsweise den Kohlenstoffgehalt der Böden erhöhen. Sie können aber auch Folgewirkungen, beispielsweise auf den Ertrag, haben. Da sich Kohlenstoffgehalte über Jahrzehnte hinweg ändern können, sind Langzeitexperimente von besonderer Bedeutung. Neben den direkt gemessenen Auswirkungen der Landnutzung und Bewirtschaftung dienen in Langzeitexperimenten gewonnene Daten dazu, prozessorientierte Modelle zu verbessern, welche dann z.B. das Rechnen von Szenarien ermöglichen.

Ziel

Das Ziel des Forschungsprojektes war es, Daten aus Langzeitexperimenten in der Schweiz hinsichtlich ihrer Kohlenstoffquellen und -senkendynamik zusammenzufassen und einer internationalen Datenbank zur Verfügung zu stellen. Zusammen mit Daten von Langzeitexperimenten aus anderen Ländern werden diese Ergebnisse vom Koordinator Mark Liebig im Rahmen des Croplands Greenhouse Gas Network (MAGGnet) einer Meta-Analyse unterzogen. Daraus sollen die wichtigsten Steuerungsfaktoren der Emissionen und ihre Wirkungsstärke herausgearbeitet werden. Unter Beizug von Daten zum Ertrag einzelner Kulturen wird anschliessend beurteilt, wie effizient verschiedene Massnahmen hinsichtlich der Vermeidung von Treibhausgasemissionen sind.

Resultate

Es wurden Messreihen des Bodenkohlenstoffs, der Erträge und begleitender Parameter wie z.B. Wetterdaten oder Bodendichte von vier Langzeitversuchen in der Schweiz zusammengefasst. Dabei handelte es sich um drei Ackerbauversuche an den Standorten Zürich-Reckenholz, Tänikon, Burgrain und einen Graslandversuch am Standort Oensingen. An den Standorten Zürich und Tänikon erfolgte jeweils vor Beginn des Experiments ein Wiesenumbruch, am Standort Oensingen wurde Ackerland in Wiese umgewandelt. In den meisten Verfahren wurden signifikant abnehmende Gehalte an Bodenkohlenstoff gemessen, auch dann, wenn Hofdünger eingesetzt und Kunstwiesen Teil der Fruchtfolge waren. Diese Veränderungen können zum Teil durch den Landnutzungswandel  erklärt werden. Auch die extensive Wiese verlor Bodenkohlenstoff, wohingegen eine intensive Wiesennutzung zu einer Erhöhung, relativ zum Humusniveau des vorher bestehenden Ackers, führte.

Bedeutung für die Forschung

Veränderungen im Kohlenstoffgehalt des Bodens sind auch nach 60 Jahren noch nicht abgeschlossen. Dies unterstreicht die Bedeutung von Langzeitexperimenten. Die meisten Langzeitversuche sind bei ihrer Etablierung nicht explizit auf die Frage des Bodenkohlenstoffs ausgerichtet gewesen. Das hat zur Folge, dass die Messreihen teils lückenhaft sind. Schwerwiegender ist das Problem, dass routinemässig oft nur der Oberboden beprobt wurde. Damit lässt sich keine vollumfängliche Kohlenstoffbilanz bilden, da für die Beurteilung dauerhafter Veränderungen auch der Unterboden relevant ist, der einen stabileren Langfristspeicher darstellt. Darüber hinaus existierten nicht von allen Proben und Jahren Rückstellproben. Damit sind weitergehende Interpretationen, die auf einer Neumessung alter Proben (z.B. Isotopen) basieren, erschwert.

Bedeutung für die Praxis

Die Extensivierung von Grünland und die pfluglose Bearbeitung im Ackerbau sind keine probaten Mittel, die Kohlenstoffgehalte der Böden zu erhöhen. Die Umwandlung von Wiese zu Acker verringert die Menge an Bodenkohlenstoff deutlich. Abnehmende Gehalte an Bodenkohlenstoff könnten auch bei regulärem Einsatz von Hofdüngern und mit Fruchtfolgen, welche Kunstwiesen beinhalten, ein verbreitetes Phänomen sein. Massnahmen zur Förderung des Kohlenstoffgehaltes bedürfen daher stets einer genauen Überprüfung.

Gegenwärtig wird in der Schweiz ein Inventarisierungssystem für Bodenkohlenstoff aufgebaut, welches modellbasiert ist. Diese Bodenkohlenstoffmodelle werden zurzeit mit Daten dieser Langzeitversuche getestet und verbessert. Damit gewinnen die Ergebnisse auch an Bedeutung für die Klimaberichterstattung.

Originaltitel

Quantifying Greenhouse Gas Mitigation Effectiveness through the GRA Croplands Greenhouse Gas Network (MAGGnet)

Projektverantwortliche

• PD Dr. Jens Leifeld, Agroscope, Zürich
• Dr. Mark Liebig, U.S. Department of Agricuture, USDA, USA (Koordinator)
• Dr. Alan Franzluebbers, U.S. Department of Agricuture, USDA, USA
• Dr. René Dechow, Johann Heinrich von Thünen-Institut, Deutschland
• Prof. Gervasio Piñeiro, Universidad de Buenos Aires, Argentina
• Prof. Kristina Regina, MTT Agrifood Research, Finland
• Prof. Pier Paolo Roggero, Università degli studi di Sassari, Italien
• Dr. Yasuhito Shirato & Dr. Ayaka Kishimoto, National Institute for Agro-Environmental Sciences, Japan